(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に対して傾斜して配置される筒状のシェル、管板、および、前記管板に支持される複数のチューブを有する固定管板式の横型熱交換器であって、
凝縮した液体の払出口が、前記払出口が開口する内部空間の最下位置となるように設けられる、前記シェルの傾斜方向と逆方向に傾斜する傾斜部を有する払出部材と、
前記払出部材の取付け位置に、前記払出部材が取付けられる部材を貫通して設けられる貫通孔とを有することを特徴とする横型熱交換器。
【請求項２】
被凝縮物の供給口および前記払出口が前記シェルに形成される請求項１に記載の横型熱交換器。
【請求項３】
前記シェルが円筒状である請求項１または２に記載の横型熱交換器。
【請求項４】
前記払出部材が、前記払出口の一部に接触する請求項１〜３のいずれかに記載の横型熱交換器。
【請求項５】
前記払出部材の傾斜部と前記シェルの傾斜方向とが成す角度が、前記シェルの傾斜方向と水平方向とが成す角度よりも大きい請求項１〜４のいずれかに記載の横型熱交換器。
【請求項６】
前記払出部材が、前記チューブの延在方向に開口するように取り付けられる、筒状の部材である請求項１〜５のいずれかに記載の横型熱交換器。
【請求項７】
前記払出部材が、板状の部材である請求項１〜５のいずれかに記載の横型熱交換器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の横型熱交換器と、
前記横型熱交換器のシェル内部に被凝縮ガスを導入する導入手段と、
前記横型熱交換器のシェル内部で凝縮されて、前記シェルから排出された凝縮液を所定の部位に供給するための流路と、
前記チューブに熱媒体を通液させる通液手段とを有することを特徴とする凝縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化成品や医薬品等の製造における凝縮工程や濃縮工程に用いられる、横型熱交換器および凝縮装置に関する。詳しくは、残留した凝縮液や洗浄液等に起因するコンタミネーションを防止できる、固定管板式の横型熱交換器、および、固定管板式の横型熱交換器を用いる凝縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化成品や医薬品などの製造における、還流凝縮工程や濃縮工程などにおいて、固定管板式（多管式）の熱交換器が使用されている。
熱交換器は、熱交換器を通過する被凝縮ガスを、熱媒体で間接的に冷却して凝縮し、凝縮した液体を払出口より排出する。このような熱交換器は、濃縮工程などにおいて、減圧状態、加圧状態および常圧状態などの様々な圧力条件下で使用されている。
【０００３】
固定管板式の熱交換器としては、縦型の熱交換器と横型の熱交換器が知られている。
一般的には、熱交換器内に残留する洗浄液や凝縮液によるコンタミネーション防止の観点から、縦型の熱交換器が好んで使用される。しかしながら、周囲環境すなわちプラント（建屋）の構造等の問題で、横型の熱交換器が使用される場合も多い。
そのため、横型の熱交換器において、残留する洗浄液や凝縮液などによるコンタミネーションを防止するために、各種の提案がされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、被凝縮ガスおよび凝縮された液体を通液するチューブ（金属パイプ）に、熱媒体を通して超音波振動を与える超音波振動子を設けた熱交換器が記載されている。この熱交換器では、チューブに超音波振動を与えることにより、加熱あるいは冷却によって変性した液体成分がチューブ内に付着することを防止している。
特許文献２には、シェルにスラッジ排出孔を設けることにより、シェル内に堆積したスラッジの除去を容易にして、洗浄性を向上した熱交換器が記載されている。
特許文献３には、Ｕ字型のチューブ（伝熱管）を用いる熱交換器において、シェルおよびＵ字型のチューブの中心線を、被凝縮ガスの供給側が低い傾斜配置にした熱交換器が記載されている。この熱交換器では、このような構成を有することにより、運転を停止した時点で、シェルおよびＵ字型のチューブ内に滞留する液体を重力で排出することを可能にしている。
さらに、特許文献４には、窯炉などのガス供給源から排出されたガスを冷却して採取する、ガス採取装置において、シェル（ガス導出管）をガス供給側を下にして配置すると共に、シェル内に、螺旋形の羽根を設け、かつ、この螺旋形の羽根の最下部に、切れ込みを形成してなるガス採取装置が記載されている。このガス採取装置において、螺旋形の羽根は、ガス流に含まれるダストや湿気の流れ方向を変化させて、ドレンとして回収する回収効率を向上するためのものであり、羽根の最下部に切れ込みを有することにより、回収したドレンがシェル内に滞留することを防止している。
【０００５】
ここで、前述のように、熱交換器は、減圧、加圧および常圧の各種の条件下で使用される。しかしながら、このような従来の固定管板式の横型熱交換器では、様々な圧力条件下で使用される熱交換器において、洗浄液や凝縮液によるコンタミネーションを十分に防止することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８１４９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２２３９２号公報
【特許文献３】実開昭６１−３９２８０号公報
【特許文献４】実公昭６３−２２５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図４に、固定管板式の横型熱交換器の一例の概略断面図を示す。
固定管板式の横型熱交換器１００（以下、熱交換器１００とする）、一般的に、シェル１０２、シェル１０２内に挿通される多数のチューブ１０４、チューブ１０４を支持する管板１０６、シェル１０２の両端を覆うボンネット１０８、および、シェル１０２を支持する脚部１１０等を有して構成される。
シェル１０２は、通常、両端が開放する円筒状の部材である。また、ボンネット１０８は、通常、一端が閉塞する略円筒状の部材である。
【０００８】
シェル１０２およびボンネット１０８は、中心線を一致して、ボルトとナット等によって固定される。また、シェル１０２およびボンネット１０８は、中心線が水平方向に対して傾斜、例えば、３°程度、傾斜するように配置される。また、チューブ１０４の両端は、管板１０６とボンネット１０８とで構成される空間内に開口している。
シェル１０２には、熱媒体の流入口１０２ａおよび流出口１０２ｂが形成される。上側のボンネット１０８には、被凝縮ガスの供給口１０８ａが形成される。下側のボンネット１０８には、被凝縮ガスを凝縮した凝縮液の払出口１０８ｂが形成される。従って、両ボンネットの内部とチューブ１０４の中は、連通する。
なお、図４とは逆に、上側のボンネットの下部に被凝縮ガスの供給口が形成される構成も知られている。
【０００９】
このような熱交換器１００において、被凝縮ガスは、上側のボンネット１０８の供給口１０８ａから供給される。
被凝縮ガスは、ボンネット１０８からチューブ１０４に流れ込む。チューブ１０４に流れ込んだ被凝縮ガスは、流入口１０２ａから流出口１０２ｂに向けてシェル１０２内を通液される熱媒体によって冷却され、凝縮して液体となる。
凝縮液は、チューブ１０４から、下側のボンネット１０８に流れ込み、払出口１０８ｂから排出され、例えば、次工程に供給される。
【００１０】
ここで、前述のように、シェル１０２およびボンネット１０８は、水平方向に対して、例えば３°程度傾いている。また、管板１０６もシェル１０２内の熱媒体によって冷却された状態となっている。加えて、チューブ１０４は、最も下部の物でも、管板１０６の下端部から、若干、立ち上がった位置に固定される。
そのため、上側のボンネット１０８に供給された被凝縮ガスの内、チューブ１０４に流入できなかったガスが、上側のボンネット１０８内で冷却されて、図中に矢印Ａで示す傾斜方向のボンネット１０８内の最下部に残留してしまう。
【００１１】
さらに、下側のボンネット１０８においても、払出口１０８ｂは、傾斜方向のボンネット１０８の傾斜方向の最端部よりも、若干、上方に設けられる。
そのため、下側のボンネット１０８においても、図中に矢印Ｂで示す、払出口１０８ｂとボンネット１０８の閉塞端との間に、凝縮液が残留してしまう。
【００１２】
熱交換器１００内に残留した凝縮液は、経時や、次の製造ロットで供給される被凝縮ガスの熱等によって、変質する可能性が有る。このような変質した物質が、製品となる凝縮液に混入すると（すなわちコンタミネーションが生じると）、製品品質の劣化や、不適正製品に起因する製品収率の低下等に繋がる。
【００１３】
また、熱交換器１００を用いて製造する製品を変更する場合や、熱交換器１００の内部が汚れてしまった場合などには、熱交換器１００の洗浄を行う必要が有る。
洗浄は、通常、上側のボンネット１０８の供給口１０８ａから洗浄液を流入し、上側のボンネット１０８、チューブ１０４、下側のボンネット１０８の順で洗浄液を通液して、下側のボンネット１０８に形成された払出口１０８ｂから排出することで行われる。また、洗浄液による洗浄を終了したら、必要に応じて、窒素ガスや乾燥空気等によって、洗浄液の通液経路の乾燥を行う。
【００１４】
しかしながら、洗浄が終了すると、前述の凝縮液と同様、図中に矢印Ａで示すボンネット１０８の最下部、および、同矢印Ｂで示す、払出口１０８ｂとボンネット１０８の閉塞端との間に、洗浄液が残留してしまう。
このような熱交換器１００内に残留した洗浄液も、当然、コンタミネーションの原因となり、製品品質の劣化や、製品収率の低下等を引き起こす。
【００１５】
このようなボンネット内への凝縮液や洗浄液の残留は、仕切り板で上下に仕切られたボンネットを用い、ボンネットの上部から被凝縮ガスを供給し、ボンネットの下側に形成された払出口から凝縮液を排出する、特許文献３に示されるようなＵ字型のチューブを用いる、固定管板式の横型熱交換器でも、同様である。
【００１６】
すなわち、従来の（固定管板式の横型）熱交換器１００では、上側のボンネット１０８および下側のボンネット１０８内に、凝縮液や洗浄液が残留することが避けられず、これらの残留に起因するコンタミネーションを回避することが、困難である。そのため、洗浄液等によるコンタミネーションによる製品品質の劣化や製品収率の低下を防止するのが、困難である。
また、医薬品など、製品品質に厳しい規格が定められている物を製造する場合には、生産ロット毎や、熱交換器１００の洗浄を行う毎に、熱交換器１００（シェル１０２）から２つのボンネット１０８を取り外して、残留液の拭き取りなどのボンネット１０８の洗浄を行い、洗浄作業の終了後に、再度、ボンネット１０８を熱交換器１００に取り付けるという、大掛かりな作業が必要になってしまう。
【００１７】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、固定管板式の横型熱交換器であって、内部における凝縮液や洗浄液の残留を大幅に低減することができ、これにより、コンタミネーションによる製品品質の低下や精神収率の低下を防止し、さらに、製造する製品を切り替える際における洗浄も容易にできる熱交換器、および、凝縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するために、本発明の熱交換器は、水平方向に対して傾斜して配置される筒状のシェル、管板、および、管板に支持される複数のチューブを有する固定管板式の横型熱交換器であって、凝縮した液体の払出口が、払出口が開口する内部空間の最下位置となるように設けられる、シェルの傾斜方向と逆方向に傾斜する傾斜部を有する払出部材と、払出部材の取付け位置に、払出部材が取付けられる部材を貫通して設けられる貫通孔とを有することを特徴とする横型熱交換器を提供する。
【００１９】
このような本発明の熱交換器において、被凝縮物の供給口および払出口が前記シェルに形成されるのが好ましい。
また、シェルが円筒状であるのが好ましい。
また、払出部材が、払出口の一部に接触するのが好ましい。
また、払出部材の傾斜部とシェルの傾斜方向とが成す角度が、シェルの傾斜方向と水平方向とが成す角度よりも大きいのが好ましい。
また、払出部材が、チューブの延在方向に開口するように取り付けられる、筒状の部材であるのが好ましい。
さらに、払出部材が、板状の部材であるのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の凝縮装置は、水平方向に対して傾斜して配置される筒状のシェル、固定管板、および、固定管板に支持される複数のチューブを有する固定管板式の横型熱交換器と、横型熱交換器のシェル内部に被凝縮ガスを導入する導入手段と、横型熱交換器のシェル内部で凝縮されて、シェルから排出された凝縮液を所定の部位に供給するための流路と、チューブに熱媒体を通液させる通液手段とを有することを特徴とする凝縮装置を提供する。
【００２１】
このような本発明の凝縮装置において、熱交換器が、本発明の熱交換器であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成を有する本発明の熱交換器、および、凝縮装置によれば、加圧、減圧および常圧等の様々な圧力で行われる還流凝縮や濃縮を伴う化成品や医薬品の製造において、熱交換器の内部に残留する凝縮液や、熱交換器を洗浄した後に内部に残留する洗浄液を、大幅に低減できる。
そのため、残留する凝縮液や洗浄液が製品に混入する、いわゆるコンタミネーションを防止することができ、コンタミネーションに起因する製品の品質低下や、収率の低下を防止することができる。また、洗浄液の残留を大幅に低減できるので、熱交換器を洗浄した後、ボンネットを取り外して拭き取りを行う等の分解掃除を行う必要がなく、熱交換器の洗浄の作業性も、大幅に向上できる。さらに、熱交換器内に想定外の化学物質の混入が有った場合でも、熱交換器の内部洗浄が容易であるため、長期に渡って還流凝縮器等として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の横型熱交換器および本発明の凝縮装置を概念的に示す図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の横型熱交換器における払出部材および貫通孔を説明するための概念図である。
【図３】本発明の熱交換器に用いられる払出部材の別の例を説明するための概念図である。
【図４】従来の熱交換器を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の横型熱交換器および凝縮装置について、添付の図面に示される好適な態様を基に、詳細に説明する。
【００２５】
図１に、本発明の凝縮装置の一例を概念的に示す。
図１に示す凝縮装置１０は、化成品や医薬品などの製造において、還流を伴う反応工程などの還流凝縮工程、濃縮工程および蒸留工程など、熱交換器による被凝縮ガスの凝縮を伴う工程に用いられる装置（設備）である。
このような凝縮装置１０は、基本的に、熱交換器１２と、熱交換器１２に被凝縮ガスを供給する供給部１４と、熱交換器１２が凝縮した凝縮液を次工程などの所定の部位に供給するための払出ライン１６と、被凝縮ガスを冷却するための熱媒体を熱交換器１２に供給する媒体循環系１８とを有して構成される。
【００２６】
また、図示例の凝縮装置１０において、熱交換器１２は、好ましい態様として、本発明の横型熱交換器（以下、本発明の熱交換器とも言う）である。
しかしながら、本発明の凝縮装置は、本発明の熱交換器１２を利用するのに限定はされず、後述する払出部材３４およびガス抜き孔３６を有さない、通常の固定管板式の横型熱交換器を利用して、シェルに被凝縮ガスを送気／通液し、ボンネットおよびチューブ内に熱媒体を通液してもよい。
【００２７】
熱交換器１２は、固定管板式の横型熱交換器であって、シェル２０と、２枚の管板２４と、チューブ２６と、上側ボンネット２８と、下側ボンネット３０と、脚部３２ａおよび３２ｂとを有して構成される。
また、熱交換器１２のシェル２０は、本発明の熱交換器１２の特徴的な部位である払出部材３４およびガス抜き孔（貫通孔）３６を有する。
【００２８】
なお、本発明の熱交換器１２は、後述する払出部材３４およびガス抜き孔３６を有する以外は、基本的に、公知の固定管板式の横型熱交換器と同じ構成を有する。従って、熱交換器１２（凝縮装置１０）は、減圧条件下、加圧条件下および常圧条件下などの様々な圧力条件下で、被凝縮ガスの凝縮を行うことができる。
また、熱交換器１２は、図示した部材以外にも、例えば温度計や残留する熱媒体の抜き口など、各種の固定管板式の横型熱交換器が有する公知の部材や部位を有してもよい。
【００２９】
さらに、本発明の熱交換器、および、本発明の凝縮装置で利用する熱交換器は、図示例のようにシェル２０の両端にボンネットを有する熱交換器に限定はされない。
例えば、前述の特許文献３に示されるような、Ｕ字型のチューブ、および、１端面が閉塞するシェルを用い、シェルの開放端面のみに固定管板およびボンネットを設けた、いわゆるＵチューブ型の熱交換器も、利用可能である。また、シェルの両端にボンネットを有するが、一方のボンネット内に上下（入側と出側）を仕切る仕切り板を設けて、このボンネットを液体の流入／流出口として、他方のボンネットは液体の折り返し流路として作用させる熱交換器も、利用可能である。
すなわち、本発明は、複数のチューブを固定する１つの固定管板を有するものであれば、いわゆるシェルアンドチューブタイプの各種の横型の熱交換器が、利用可能である。
【００３０】
熱交換器１０において、シェル２０は、両端が開放する円筒状の部材である。
シェル２０は、脚部３２ａおよび３２ｂに支持されて、所定の設置位置に配置される。ここで、脚部３２ａおよび３２ｂは、高さが異なる。シェル２０（ならびに、後述する上側ボンネット２８および下側ボンネット３０）は、高さの異なる脚部３２ａおよび３２ｂによって支持されて、中心線が水平方向に対して傾斜（例えば、３°程度）するように設置される。
【００３１】
シェル２０の水平方向に対する傾斜角度は、通常の固定管板式の横型熱交換器と同様に、設置位置や熱交換器の大きさ、要求される冷却能力や処理能力、対象とする被凝縮ガス（凝縮液）の種類等に応じて、適宜、設定すればよい。
なお、本発明の熱交換器および凝縮装置において、シェル２０の水平方向に対する傾斜角度（後述する角度β）は、３〜５°程度が好ましい。
【００３２】
シェル２０の傾斜方向の上側端部近傍において、円周方向の最上部には、被凝縮ガスの供給部１４からの供給ライン１４ａに接続される、円筒状の供給口３７が形成される。
また、シェル２０の傾斜方向の下側端部近傍において、円周方向の最下部には、払出ライン１６に接続される、円筒状の払出口３８が形成される。すなわち、供給口３７および払出口３８は、円筒の同方向に延在する直径上に位置するように、シェル２０の周面に形成される。
従って、後に詳述するが、凝縮装置１０においては、被凝縮ガスは、供給口３７からシェル２０内に導入される。また、供給された凝縮ガスを凝縮した凝縮液は、シェル２０の払出口３８から排出される。
【００３３】
シェル２０の中には、シェル２０の中心線と平行に、多数のチューブ（伝熱管）２６が配置される。公知の固定管板式の熱交換器と同様、このチューブ２６は、管板２４に両端部（あるいは、その近傍）を支持される。
管板２４は、シェル２０の両端部を閉塞するように設けられる、円盤状の部材である。なお、図示例において、管板２４は、シェル２０に上側ボンネット２８および下側ボンネット３０を取り付けるためのシェルフランジを兼ねる。あるいは、管板２４の外周にシェルフランジを溶接等で固定した構成であってもよい。あるいは、管板２４をシェル２０内に挿入して固定し、シェルフランジをシェルの外周に固定した構成であってもよい。
【００３４】
図示例において、上側ボンネット２８および下側ボンネット３０は、円筒の一面を曲面で閉塞してなる形状を有する。
上側ボンネット２８は、傾斜方向の上側の管板２４と共に閉空間を形成するように、開放端側を管板２４に向けて、シェル２０と中心線を一致して管板２４に固定される。チューブ２６の上側の端部は、この上側ボンネット２８と管板２４とで形成される閉空間に開口している。
下側ボンネット３０は、傾斜方向の下側の管板２４と共に閉空間を形成するように、開放端側を管板２４に向けて、シェル２０と中心線を一致して管板２４に固定される。チューブ２６の下側の端部は、この下側ボンネット２８と管板２４とで形成される閉空間に開口している。
【００３５】
上側ボンネット２８の円周方向の最上部には、媒体循環系１８の戻りライン１８ａに接続される、円筒状の流出口４０が形成される。
下側ボンネット３０の円周方向の最下部には、媒体循環系１８の送りライン１８ｂに接続される、円筒状の流入口４２が形成される。すなわち、流出口４０および流入口４２は、円筒の同方向に延在する直径上において、対応するボンネットの周面に形成される。
【００３６】
供給部１４は、供給ライン１４ａを介して、被凝縮ガスを、熱交換器１２のシェル２０に形成された供給口３７に供給する部位である。
供給部１４は、凝縮すべきガスを生成して排出する全ての装置が利用可能である。一例として、還流凝縮を行う反応容器、濃縮装置や蒸留装置（その気化ガスの排出管路）、および、蒸発器（同前）等が例示される。
【００３７】
払出ライン１６は、熱交換器１２によって凝縮され、シェル２０に形成された払出口３８から排出された凝縮液を、所定の部位（装置等）に供給するための流路である。また、払出ライン１６には、必要に応じて、ポンプ等の送液手段を有してもよい。
払出ライン１６からの凝縮液の供給先としては、供給部１４（被凝縮ガスの供給源）、貯留タンク、次工程の反応容器、濃縮容器、および、晶析容器等が例示される。
【００３８】
媒体循環系１８は、被凝縮ガスを冷却するための熱媒体を熱交換器１２を含む所定の経路で循環するものである。
図示例においては、媒体循環系１８は、前述の戻りライン１８ａおよび送りライン１８ｂと、冷却・循環ユニット１８ｃとを有して構成される。
冷却・循環ユニット１８ｃは、所定量の熱媒体を貯留する貯留層と、熱媒体を冷却する冷却手段と、冷却済の熱媒体を送液するポンプとがユニット化されたものである。このような冷却・循環ユニット１８ｃは、戻りライン１８ａから戻された熱媒体を、貯留層に貯留して、冷却手段で冷却して、ポンプによって送りライン１８ｂから送液することで、熱媒体を熱交換器１２を含む所定の経路で循環する。
【００３９】
前述のように、送りライン１８ｂは、下側ボンネット３０の流入口４２に接続され、戻りライン１８ａは、上側ボンネット２８の流出口４０に接続される。すなわち、凝縮装置１０において、冷却・循環ユニット１８ｃから送液された冷却済の熱媒体は、下側ボンネット３０から、チューブ２６内を通液してシェル２０内の被凝縮ガスを冷却し、上側ボンネット２８から冷却・循環ユニット１８ｃに戻される。なお、送りライン１８ｂと戻りライン１８ａの接続は、逆でもよい。
従って、シェル２０に形成された供給口３７に供給された被凝縮ガスは、シェル２０内において、チューブ２６内を流れる熱媒体によって冷却されて凝縮され、シェル２０に形成された払出口３８から、払出ライン１６に排出される。
【００４０】
通常の固定管板式の横型熱交換器を用いる凝縮装置では、シェル内に熱媒体を送液して、被凝縮ガスを上側のボンネットに供給して、チューブ内を通して凝縮して、下側のボンネットから凝縮液を排出する。また、熱交換器の洗浄も、同様に、上側のボンネット〜チューブ〜下側のボンネットと洗浄液を通液することで行う。
そのため、前述のように、上側ボンネットの下端部、および、下側ボンネットの下端部に、凝縮液や洗浄液が残留することが避けられず、残留液がコンタミネーションの原因となって、製品品質や収率の低下の一因となっている。また、熱交換器の洗浄にも、手間がかかる。
【００４１】
これに対して、本発明の凝縮装置１０では、被凝縮ガスを熱交換器１２のシェル２０に形成された供給口３７に供給して、チューブ２６外部のシェル２０内を通して凝縮して、シェル２０に形成された払出口３８から排出する。また、熱交換器１２の洗浄を行う際にも、洗浄液をシェル２０に形成された供給口３７に供給して、シェル２０内を通して、シェル２０に形成された払出口３８から排出するように通液する。
従って、本発明の凝縮装置１０によれば、上側ボンネットの下端部に残留する凝縮液や洗浄液を、無くすことができる。
【００４２】
そのため、本発明の凝縮装置１０によれば、熱交換器１２に残存する凝縮液や洗浄液を大幅に減らして、残留液に起因するコンタミネーションを、大幅に低減できる。従って、本発明によれば、コンタミネーションによる製品品質の低下や、収率の低下を大幅に抑制することができる。
また、上側ボンネット２８内の残留液も無くせるので、熱交換器１２の清掃も、容易に行うことができる。
【００４３】
なお、本発明の凝縮装置において、熱媒体は、図示例のように循環するのに限定はされない。
例えば、貯留タンクから送液された熱媒体を、前述のように、下側ボンネット３０〜チューブ２６〜上側ボンネット２８と通液させて、上側ボンネット２８から排出された熱媒体は、そのまま排水し、あるいは別の装置の冷却等の用途に用いるようにしてもよい。
【００４４】
ここで、凝縮装置１０の構成では、シェル２０内において、払出口３８と管板２４との間に凝縮液等が残留することが避けられない。
これに対し、熱交換器１２は、本発明の固定管板式の横型熱交換器であって、シェル２０内部の傾斜方向の下端部には、払出部材３４が配置される。熱交換器１２の払出部材３４が配置される位置には、シェル２０の周面を貫通して、ガス抜き孔３６が設けられる。
本発明の熱交換器１２においては、この払出部材３４およびガス抜き孔３６を有することにより、払出口３８と管板２４との間における凝縮液等の残留を無くしている。
【００４５】
図２に、熱交換器１２の払出部材３４の近傍を概念的に示す。
なお、図２において、（Ａ）は、熱交換器１２のシェル２０を中心線の傾斜方向下方側から見た図であり、（Ｂ）は、払出部材３４の下端部近傍の斜視図であり、（Ｃ）は、図１と同方向から見た断面図であり、（Ｄ）は、上方から見た図である。また、図２（Ｂ）において、符号４８は、溶接による接合部である。
【００４６】
図２に示すように、払出部材３４は、シェル２０の内周面と（略）一致する外周を有する円筒状（リング状／円環状）の部材である。また、払出部材３４の高さ（円筒の中心線方向の長さ）は、管板２４から払出口３８（払出口３８の、シェル２０の内壁面での開口部）までの距離と等しい。
払出部材３４は、シェル２０の傾斜方向の最下部に挿入されて、一方の端部の全面を管板２４に当接して、例えば、溶接によってシェル２０や管板２４に固定される。
【００４７】
本発明において、この払出部材３４は、払出口３８（払出口３８のシェル２０の内空間（すなわちシェル内壁面））での開口部が、シェル２０内における最下部となるように設けられる部材である。
前述のように、シェル２０は水平方向に対して傾斜して配置される円筒状で、払出口３８は、傾斜方向下部近傍のシェル２０の円周方向の最下部に形成される。また、払出部材３４は、管板２４に接触して固定される円筒状で、円筒の高さは、管板２４から払出口３８までの距離と等しい。すなわち、払出部材３４は、端部の一部が、払出口３８に接触して配置されている。
従って、シェル２０の内部においては、払出口３８の傾斜方向の最下部（最も管板２４寄りの位置）が、シェル２０の内部空間の最も低い位置となる。
【００４８】
また、払出部材３４の払出口３８に対応する位置、すなわち、払出部材３４の最下部には、円周方向に払出口３８と略同一の幅で、シェル２０の傾斜方向とは逆方向に傾斜する傾斜部３４ａが形成されている。
ここで、傾斜部３４ａとシェル２０の傾斜方向とが成す角度αは、シェル２０の傾斜方向と水平方向とが成す角度βよりも大きい。
【００４９】
従って、熱交換器１２において、前述のようにシェル２０の内部で凝縮された凝縮液は、シェル２０の円周方向の底部や払出部材３４の上に残留することなく、全て、払出口３８から排出することができる。
また、同様に、熱交換器１２の洗浄に用いられる洗浄液も、全て、払出口３８から排出することができる。
【００５０】
そのため、本発明の熱交換器１２によれば、熱交換器１２に残存する凝縮液や洗浄液を無くして、残留液に起因するコンタミネーションを、大幅に低減できる。従って、本発明によれば、コンタミネーションによる製品品質の低下や、収率の低下を大幅に抑制することができる。また、熱交換器１２を洗浄した後、ボンネットを取り外して拭き取りを行う等の分解掃除を行う必要がなく、熱交換器の洗浄の作業性も、大幅に向上できる。さらに、熱交換器１２内に想定外の化学物質の混入が有った場合でも、熱交換器１２の内部洗浄が容易であるため、長期に渡って還流凝縮器等として使用することができる。
【００５１】
なお、熱交換器１２において、傾斜部３４ａは払出口３８と略同一の幅であるのに限定はされず、例えば、払出口３８より広くても狭くても良い。
すなわち、円筒状の払出部材３４においては、傾斜部３４ａは、少なくとも円周方向の払出部材３４の最下部を含んで形成されればよい。
【００５２】
傾斜部３４ａとシェル２０の傾斜方向とが成す角度αは、基本的に、シェル２０の傾斜方向と水平方向とが成す角度βよりも大きければよい。すなわち、傾斜部３４ａは、シェル２０の傾斜方向と逆方向に、水平方向よりも大きく傾斜していれば、十分な残留液体の防止効果を得られる。
好ましくは、角度αは、角度βよりも、３°以上、大きくする。
【００５３】
また、払出部材は、払出口３８の最下部にのみ接触するのに、限定はされない。
例えば、図３に示す払出部材５０のように、管板２４と払出口３８との距離を超える厚さを有し、かつ、傾斜部５０ａが、払出口３８の半周に接するようなシェル２０の傾斜方向上側端部を有するような形状であってもよい。
【００５４】
本発明の熱交換器において、払出部材は、図示例の形状に限定はされない。すなわち、払出部材は、払出口３８をシェル２０内の最下部にでき、かつ、前述のような傾斜部を含んで払出部材の上面への液体の残留を防げる形状であれば、各種の構成や形状が利用可能である。
例えば、図示例の払出部材３４は、払出口３８に対応する部分のみ、傾斜部３４ａを有しているが、本発明は、これに限定はされず、全周に渡って傾斜部３４ａを有するような楔形の断面を有する、円筒状の部材であってもよい。
【００５５】
また、払出部材は、円筒状に限定はされず、板状であってもよい。
一例として、外周面がシェル２０の内周面と一致する、円弧状の板材を用い、この板材に払出部材３４と同様の傾斜部を設け、払出部材として払出口３８に対応して取り付けても良い。また、同様の円弧状で、かつ断面が楔形の板材を、払出部材として払出口３８に対応して取り付けても良い。
あるいは、上面が平面で底面がシェル２０の内周面と一致する楔形の板材を、払出部材として払出口３８に対応して設けても良い。また、同じく上面が平面で底面がシェル２０の内周面と一致する板材に、払出部材３４と同様の傾斜部を設け、払出部材として払出口３８に対応して取り付けても良い。なお、このような板材を利用する場合には、払出部材の上面における液の残留を防止するために、払出部材の上面を、傾斜部に向かって周方向に傾斜する形状とするのが好ましい。
【００５６】
なお、このような板状の払出部材を用いる場合には、円周方向における払出部材の端部の形状を楔形にする等、円周方向において、シェル２０の内壁面と払出部材の端部とが段差を形成しないような形状とするのが、好ましい。
【００５７】
なお、払出部材がどのような形状であっても、払出口３８をシェル２０内の最下位置にするためには、少なくとも、シェルの傾斜方向における払出口３８の最下部において、払出口３８に払出部材が接触するように構成するのが好ましい。
ただ、上記条件が満たされていれば、払出部材の傾斜部の傾斜方向上側端部は、必ずしも、シェル２０の内壁面と同一高さとする必要はない。すなわち、払出部材の傾斜部の傾斜方向上側端部と、シェル２０の内壁面との間には、段差が有ってもよい。
【００５８】
ここで、本発明の熱交換器１２においては、払出部材３４の取付け位置に対応して、シェル２０の周面を貫通する、ガス抜き孔３６が形成される。図示例において、払出部材３４は、円筒状であるので、ガス抜き孔３６は、円周方向に複数が形成される。
なお、ガス抜き孔３６は、複数を有するのに限定はされず、１個以上を有すればよい。すなわち、ガス抜き孔３６の数は、払出部材の形状や大きさ等に応じて、良好に溶接ガスを抜くことができる１個以上の数を、適宜、決定すればよい。
本発明の熱交換器１２は、このガス抜き孔３６を有することにより、シェル２０の変形や、シェル２０からの払出部材の浮き等を生じることなく、適正にシェル２０に払出部材３４を取り付けることができる。
【００５９】
熱交換器１２を製造する際において、払出部材３４および下側の管板２４の取付けは、以下のように行われる。
なお、以下の説明は、円筒状の払出部材３４を熱交換器１２を例に行うが、この製造方法は、円筒状や板状など、払出部材の形状によらない。
【００６０】
まず、シェル２０内部の所定位置に払出部材３４となる円筒状の材料を取り付けて保持する。次いで、まず、払出口３８側を、シェル２０の内面から溶接して、払出部材となる材料をシェル２０に固定する。
次に、グラインダ等を用いて円筒状の材料を加工して、傾斜部３４ａ等を形成して、払出部材３４を所定の形状に加工する。この際に、払出口３８が最下点となるように、払出部材の材料の加工を行ってもよい。
さらに、必要に応じて、払出部材３４に、バフ研磨や電解研磨等の表面処理を行う。
【００６１】
次いで、シェル２０および払出部材３４に対して開先加工を行う。ここで、開先の大きさ（隙間／切欠き）のサイズは、確実に裏波を出せるサイズを、熱交換器１２の大きさ等に応じて、設定する。
次いで、シェル２０の外面からのバックシール溶接によって、管板２４と、シェル２０および払出部材３４とを溶接して、管板２４を取り付ける。
【００６２】
この溶接は、通常のＴＩＧ溶接等によって行われる。
ここで、溶接によって接合された２枚の板に対して、溶接によって別部材を接合すると、シェル２０と払出部材３４との間に侵入した溶接ガスによって、シェル２０の歪み、払出部材３４や管板２４の取付け不良等が生じてしまい、熱交換器の品質低下や、故障の原因となってしまう。
【００６３】
これに対し、本発明の熱交換器１２においては、シェル２０の払出部材３４に対応する位置に、シェル２０の周壁面を貫通してガス抜き孔３６を有する。すなわち、払出部材３４の取付けあるいは下側の管板２４の取付けに先立ち、シェル２０の払出部材３４に対応する位置に、シェル２０の壁面を貫通するガス抜き孔３６を形成しておく。
そのため、管板２４と、シェル２０および払出部材３４とを溶接する際に、溶接ガスが、このガス抜き孔３６から抜けるので、シェル２０の歪み、払出部材３４や管板２４の取付け不良を生じることなく、シェル２０および払出部材３４と、管板２４と、適正かつ確実に接合して、取り付けることができる。
【００６４】
従って、本発明の熱交換器１２によれば、前述のように、熱交換器１２内に残留する凝縮液や洗浄液を大幅に少なくできる、優れた性能を有する本発明の熱交換器を、安定して得ることができる。
【００６５】
ガス抜き孔３６の大きさは、払出部材３４のサイズ、シェル２０の厚さなどに応じて、溶接ガスを確実に排除できる大きさを、適宜、設定すればよい。
また、払出部材３４が円筒状の場合のように、複数のガス抜き孔３６を設ける場合における、ガス抜き孔３６の形成間隔や数も、同様に、払出部材３４のサイズ、シェル２０の厚さなどに応じて、溶接ガスを確実に排除できる間隔や数を、適宜、設定すればよい。
なお、ガス抜き孔３６を、複数、設ける場合には、シェル２０の円周方向に配列するのみならず、必要に応じて、シェル２０の中心線方向に配列して、複数のガス抜き孔３６を設けてもよい。さらに、必要に応じて、シェル２０の円周方向と中心線方向の、両方向に配列して、ガス抜き孔３６を設けてもよい。
ただし、前述のように、本発明の熱交換器において、ガス抜き孔３６の数は、複数に限定はされず、良好に溶接ガスを抜ける１個以上の数を、適宜、設定すればよい。
【００６６】
なお、本発明の熱交換器は、図示例の熱交換器１２ように、ボンネットからチューブ２６に熱媒体を通液し、シェル２０内のチューブ２６外に、被凝縮ガスを導入して、シェルから凝縮液を排出する構成に限定はされない。
【００６７】
すなわち、本発明の熱交換器は、上側ボンネットに被凝縮ガスを供給され、チューブ内を挿通してガスを凝縮し、下側ボンネットに形成した払出口から凝縮液を排出する、通常の熱交換器と同様のガス／凝縮液の通過経路を有するものでもよい。
この場合は、前述のリング状や楔状の払出部材は、当然、下側ボンネットに形成された払出口が最下部となるように、下側ボンネット内に配置される。また、ガス抜き孔も、傾斜板の取付け位置に対応して、下側ボンネットの壁面を貫通して形成される。
さらに、この際には、上側ボンネットの円周方向の最下部にも、液体の排出口を設け、この排出口が最下部になるように、円筒状や板状の払出部材を設け、また、払出部材に対応して、上側ボンネットにガス抜き孔を形成してもよい。
【００６８】
以上、本発明の熱交換器および凝縮装置に関して詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【００６９】
図１に示す凝縮装置１０を用いて、還流運転を行った。
なお、熱交換器１２の製造において、シェル２０への払出部材３４および下側の管板２４の取付けは、前述のように行った。また、シェル２０に払出部材３４を取り付ける前に、払出部材３４の取付け部に対応して、直径５ｍｍのガス抜き孔３６を、円周方向の最下部に１個、形成しておいた。
その結果、シェル２０の変形や、払出部材３４および管板２４の接合不良等を生じることなく、シェル２０と、払出部材３４と、管板２４とを、適正に接合して、取り付けることができた。
また、熱交換器１２は、シェル２０の傾斜方向と水平方向とが成す角度βは３°、シェル２０の傾斜方向と傾斜部３４ａとが成す角度αは６°とした。
【００７０】
このような凝縮装置１０を用いて、供給部１４で加熱蒸発した還流ガスを、供給ライン１４ａから供給口３７に供給し、熱交換器１２で凝縮して、払出口３８から排出した凝縮液を払出ライン１６によって供給部１４に戻す還流運転を、３日間行った。
３日間の運転を終了した後、払出口３８から払出ライン１６を取り外し、凝縮液の残留が懸念される下側の管板２４の下端部近傍を、スポイトで吸引したが、液体の吸引は出来なかった。
【００７１】
その後、シェル２０の供給口３７から払出口３８に洗浄液を通液して、熱交換器１２の洗浄を行った。洗浄液による洗浄後、圧力０．４ＭＰａの窒素によって、供給口３７から払出口３８にブローを行った。
目視およびウエスを用いて確認したところ、残液が無い事を確認できた。
【００７２】
洗浄終了後、凝縮装置１０を用いて、次の製品の製造を行った。
その結果、不良ロットの低減等により、収率を、通常の凝縮装置における８５％から、９２％に向上することができた。
すなわち、本発明によれば、医薬品のように製品品質に厳しい規格が設けられている製品や、高額な製品の製造に、特に有効であることが確認できた。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
還流凝縮や濃縮を伴う化成品や医薬品等の製造に、好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  凝縮装置
１２，１００  熱交換器
１４  供給部
１６  払出ライン
１８  媒体循環系
２０，１０２  シェル
２４，１０６  管板
２６，１０４  チューブ
２８  上側ボンネット
３０  下側ボンネット
３２ａ，３２ｂ，１１０  脚部
３４，５０  払出部材
３４ａ，５０ａ  傾斜部
３６  ガス抜き孔
３７  供給口
３８  払出口
４０，１０８ａ  流入口
４２，１０８ｂ  流出口
４８  接合部
１０８  ボンネット
【図１】
0005838129.tif 000002
【図２】
0005838129.tif 000003
【図３】
0005838129.tif 000004
【図４】
0005838129.tif 000005